ОСНОВНІ ВИДИ АНТИПІРЕНІВ

Пожежна небезпека полімерних матеріалів та виробів з них визначається в техніці наступними характеристиками:

• горючістю, тобто. здатністю матеріалу загорятися, підтримувати та поширювати процес горіння; • димовиділенням при горінні та впливі полум'я; • токсичність продуктів горіння та піролізу-розкладання речовини під дією високих температур; • вогнестійкість конструкції, тобто. здатністю зберігати фізико-механічні (міцність, жорсткість) та функціональні властивості виробу при впливі полум'я.

Один із способів зниження горючості полімерного матеріалу - введення в полімер інертних наповнювачів. Їх можна поділити на дві групи:

• мінеральні наповнювачі, стійкі до температури 1000*С – оксиди металів, фториди кальцію та літію, силікати, технічний вуглець, неорганічне скло, порошкоподібні метали тощо. • речовини, що розкладають при температурі нижче 400-500* З поглинанням тепла і зазвичай з виділенням вуглекислого газу та /або парів води, аміаку - гідроксиди, карбонати, гідрокарбонати, гідрокарбонати металів, амоній фосфати і т.д.

Додаткове тепло при введенні наповнювачів першої групи витрачається на нагрів наповнювачів від початкової температури до температури поверхні полімеру. Однак, в балансі тепла внесок такого нагріву невеликий і зміна кисневого індексу за умови введення розумної кількості наповнювача мало. Але при великих ступенях наповнення матеріал стає дуже крихким, його фізико-механічні властивості зазвичай не задовольняють необхідним вимогам.

Більший ефект можна отримати введенням наповнювача, що розкладається з поглинанням тепла. Класичним прикладом такого наповнювача єгідроксид алюмінію Al(OH)3 близько 55-65 мас.%. У цьому випадку зниження горючості суттєво залежить від співвідношення тепловтрат на розкладання наповнювача та всіх інших втрат тепла від полум'я, які завжди тим вищі, чим більша загальна теплота горіння полімеру. Тому введення 60% Al(OH)3 в поліетилен не призводить до істотного підвищення кисневого індексу (КІ збільшується з 17,5 до 25-26), в той час як КІ поліформальдегіду, що має значно меншу теплоту згоряння, при цьому збільшується від 15, 3 до 40.

Одним з найбільш ефективних інгібіторів процесів горіння полімерів є фосфор та його сполуки. Дії фосфоровмісних антипіренів (сповільнювачів горіння) зазвичай пояснюють в такий спосіб. При піролізі полімерів, що містять сполуки фосфору, відбувається утворення фосфорної кислоти та її ангідритів, які каталізують дегідратацію та дегідрування та сприяють процесу карбонізації. Останнім часом стали застосовувати не тільки низькомолекулярні, але і полімерні антипірени, що містять фосфор. Ці полімерні добавки мають кращу сумісність з основним полімером, що менше мігрують з полімерного матеріалу. Відрізняються вищою стійкістю до різних зовнішніх впливів і за відносно низького вмісту фосфору є ефективними антипіренами.

Цікавим є можливість надання вогнестійкості полімерним композиціям, що містять звичайні епоксидні, поліефірні та ін смоли шляхом армування їх "вогнезахисними" фосфоровмісними хімічними волокнами (тобто волокнами, модифікованими фосфоровмісними хімічними сполуками). У цьому випадку одночасно покращуються фізико-механічні властивості за рахунок армування міцними волокнами та знижується горючість через посилення коксоутворення на поверхні палаючогополімеру. Як ефективні антипірени в останні роки широко застосовуються оксиди і гідроксиди різних металів, солі органічних і неорганічних кислот, хелатні комплекси. Істотною перевагою цих антипіренів є те, що їх можна використовувати в концентраціях, набагато менших, ніж концентрації фосфору та галогеновмісних сполук.

Ідею захисту матеріалу від вогню шляхом утворення на його поверхні коксової "шапки" було доведено до логічного кінця. Коли стали розроблятися і застосовуватися так звані покриття, що спучують. Ці покриття при дії вогню утворюють пористий пінококс, збільшуючи товщину в десятки разів. Кокс, що утворює, має низьку теплопровідність і якийсь час захищає основний матеріал або конструкцію від теплового потоку. Спучувальні покриття являють собою складні композиції, що складаються з полімерного сполучного та цілого ряду добавок для забезпечення спінювання, необхідної в'язкості та швидкої карбонізації при нагріванні.

Останніми роками інтенсивний розвиток набуло введення антипіренових добавок у полімерні композиції у вигляді мікрокапсул. Оболонка капсули виготовлена з полімеру, наприклад, желатину, полівінілового спирту, розміри її складають десятки і сотні мікрон. Чотирьоххлористий вуглець, тетрафтордиброметан та ін. Фреони-галоідуглеводні в мікрокапсульованому вигляді набагато ефективніше знижують горючість полімерної композиції, ніж введені в чистому вигляді. Виявилося, що рідина, що знаходиться всередині мікрокапсул, до моменту їх розтину піддається сильному перегріву (на 100-200 * З вище за температуру кипіння). Стійкий (метастабільний) перегрітий стан рідини всередині них обумовлено відсутністю зародків пароутворення.

При досягненні температури початку розкладання оболонкимікрокапсули на її поверхні утворюються дефекти, що стають зародками утворення газової фази. Якщо на цей момент рідина перегріта, відбувається різке збільшення тиску, і мікрокапсула вибухає. Чим сильніше перегріта рідина, тим сильніший вибух. Наявність мікровибухів призводить до диспергування полімерної матриці: частинки полімеру відриваються від основної маси та несуть із зони полум'я. Т.ч., органічний полімер, який у звичайних умовах під дією полум'я піролізується, утворюючи горючі газові продукти, в результаті диспергування уноситься у вигляді твердих частинок, оточених газовою хмарою антипірену. Полімерний матеріал, що містить мікрокапсульований ефективний антипірен, такий наприклад, як тетрафтордтброметан, може бути не тільки пальним, а й вогнегасним.

А.А. Берлін МФТІ